CN101390314A - 用于偏振模色散降低的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在包括经光纤链路F连接的发射器Tx和接收器Rx，接收器Rx适用于在已接收信号上利用前向纠错(FEC)的光传输系统中，在发射器Tx提供了扰偏器(10)以便为发射信号的偏振状态加扰，在接收器Rx提供了偏振延迟线(20)以便控制已接收信号偏振模色散致失真，在接收器Rx提供了反馈单元(30)以便基于至少部分已接收信号提供反馈信号；以及至少一个偏振控制器(40)将光纤链路F和偏振延迟线(20)互连。功率控制器(40)可基于反馈信号操作以降低信号的偏振模色散。

Description

用于偏振模色散降低的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及光数据传输系统，具体地说，涉及用于降低此类系统中偏振模色散(polarization mode dispersion)的方法和设置。

背景技术

单模光纤可支持两种偏振模。如果单模光纤的核是最佳圆形的，则两种偏振模以相同的速度传播。但是，由于制造公差(tolerance)原因，光纤的核与最佳圆形稍有不同，由此造成两种偏振模以稍微不同的速度传播，并造成偏振模色散。由于两种偏振模以不同的群速(groupvelocity)传播，而这又生成信号失真，因此，偏振模色散(PMD)是高比特率数据光传输中的主要问题。群速的差别是由于光纤不对称或内部或外部施加的应力造成的小残余双折射造成的。内部应力和外部微扰均随诸如沿光纤的温度等环境条件而变化，并且具有随机行为。在主偏振状态(PSP)、最快与最慢偏振模之间的时间延迟(DGD，即差分群时延)为较大部分比特时隙，一般超过10％，并且输入偏振状态(SOP)平均激发两个PSP时，会发生信号衰减。PMD一般取决于波长，因此，光纤中的WDM多信道传输的每个信道均会遭受不同的信号衰减。

偏振相关损耗(DPL)或偏振相关增益(PDG)也影响光传输的质量，这是因为在光纤链路中级联时，它们也会随机变化。因此，PDL和PDG使信号根据其偏振状态具有不同的幅度，并且使具有固定判决阈值的接收器性能降低。

由于上述原因，需要有方法和装置(arrangement)在光传输系统中实现改进的PMD降低。

发明内容

本发明的一个目的是提供改进的光传输。

又一个目的是在光传输系统中降低偏振模色散。

一个特定的目的是为光传输系统提供改进的偏振模色散降低。

这些和其它目的根据随附权利要求而得以实现。

根据本发明的光传输系统包括发射器，用于经光纤链路发射光信号到适用于在已接收光信号上使用FEC的接收器。此外，系统包括用于在发射器处为发射信号的偏振状态加扰的至少一个快速扰偏器(fastpolarization scrambler)，用于在接收器处控制加扰的发射信号的偏振模色散致失真(polarization mode dispersion induced distortion)的至少一个偏振延迟线。此外，系统包括在接收器用于基于已接收信号提供反馈信号的反馈单元和连接光纤链路与偏振延迟线的至少一个偏振控制器，由此实现信号的偏振模色散减小。

本发明的第一方面包括提供一种光传输系统，其中，在发射器处提供了快速扰偏器和在允许前向纠错的接收器处提供了偏振控制器和延迟线，而偏振控制器和可选的延迟线基于已接收信号的反馈进行控制。

本发明的第二方面包括为发射信号快速加扰，延迟信号的偏振状态，以及基于已接收信号的反馈而控制已接收信号的偏振和可选地控制已接收信号的延迟。

本发明的优点包括：

改进的偏振模色散降低；

减小的前向纠错加扰频率，放宽了在扰偏器带宽上的要求；

增大的前向纠错算法公差，增大到更高的偏振模色散值。

附图说明

通过结合附图，参照以下说明，可最好地理解本发明及其其它目的和优点，其中：

图1示出已知光传输系统差分群时延(DGD)的时间演变图；

图2示出对应于图1的固定输入偏振状态(SOP)和DGD的10Gb/s传输中归一化已接收RF功率图；

图3示出在已知的加扰应用到图2系统时的已接收射频信号强度；

图4示出根据本发明的系统一个实施例；

图5示出图3图形的一部分；

图6示出射频功率的单摆；

图7示出根据本发明的系统另一实施例；

图8是示出在已知PMD降低方法与本发明实施例之间比较的模拟结果图；

图9是示出在已知PMD降低方法与本发明实施例之间比较的另一模拟结果图。

缩略词

BER             突发误码率

DGD             差分群时延(Differential Group Delay)

FEC             前向纠错

PMD             偏振模色散

PSP             主偏振状态

RF              射频

SOP             偏振状态

WDM             波分集复用

具体实施方式

为更好地理解与偏振模色散和降低其的已知方法有关的问题，下面提供了更详细的论述。

多种不同的已知技术已被提议和开发，以便克服由于PMD造成的残余色散：PSP启动[1，2]、通过添加偏振受控延迟线的PMD补偿[3，4]、自适应电子过滤[5]或前向纠错[6]。对于PSP启动，校正系统一分为二：在发射器的偏振受控启动和在接收器生成的误差信号。这具有的缺点是要求在发射器与接收器之间有独立连接，以便发送反馈信号到发射器，从而大大限制了技术的应用性。此外，在透明网络中，信道可从节点路由到节点而无需从光学转换到电子学，给定WDM信道的起源和目的地可随时间变化，因此，强制要求在节点之间有多个互连的数量排除了对透明网络实施此解决方案。不过，即使将中跨偏振控制器添加到线路中会要求对长反馈路径使用光信道，但它已被提议为一种宽带PMD降低方案。

PMD补偿是单端解决方案，其中已接收信号的偏振被分析和发送到与接收器串联的延迟线中。偏振控制器和最终的延迟线根据反馈信号受到控制，并受驱动以优化已接收信号[7]。在校正1阶PMD时，补偿器将PMD添加到链路，由此由于2阶PMD的原因而增大了失真。由于发射信号大带宽的原因，这是高比特率传输的问题。延迟线降低技术最初设想用于单信道传输中的应用，这意味着用于校正失真问题的所有设备必须为线路中的每个WDM信道再现。由于PMD校正随着波长快速减弱，因此，通过单个装置的多信道校正产生了较差的结果。使用偏振控制器和双折射波片并行级联的WDM补偿被提议用于在多光信道传输中处理PMD失真[8]。

光接收器中的电均衡也被提议在10Gb/s处校正PMD和色散[9]，且虽然最近报告了40Gb/s装置，但该技术仍不可用于更高频率[10]。

诸如前向纠错和输入偏振加扰等纠错技术已提议用于降低WDM传输中的PMD效应[6]。此方法的优点在于FEC算法可校正大量误差，但无法处理通常随PMD效应出现的突发误差。偏振状态的加扰诱发了在每个主状态中光功率之间的比率变化，在低与高失真状态之间交替，由此降低了长误差突发的概率。通过沿线路添加扰偏器，使得链路的PMD被加扰，产生类似于输入偏振加扰的效应，已提议了用于PMD/PDL/PDG降低的备用方法[11，12]。

与[10]中提议的多信道补偿方法有关的一个问题是它不与快速偏振加扰兼容，这排除了对每个信道偏振状态的控制。由于FEC要求快速偏振加扰稳固以防止PMD降低，因此，它不与如[7，8和10]中所述的偏振延迟线降低技术兼容，这样，只可使用这两种类型解决方案之一。

为示出已知偏振加扰(PS)+FEC技术，可考虑由三个部分组成的光纤链路的DGD的时间演变(参见图1)，每个链路平均值为根据图1中的图形，光纤链路的平均DGD(总PMD)()根据以下等式表示为三个光纤中每个的DGD的rms和：

$\mathrm{\τ}=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_i^2}=8\sqrt{3}=13.9\mathrm{ps}$

其中，τ表示光纤链路的平均DGD。

图2的图形示出对应于图1DGD时间演变的固定输入SOP的10Gb/s传输中归一化已接收RF功率。一阶PMD失真的功率代价可通过简单的公式估计[14]：

$\mathrm{penalty}\left(\mathrm{dB}\right)\≈26\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}^2}{T^2}\mathrm{\γ}(1-\mathrm{\γ})$

Δτ是DGD，T是位周期，并且γ是PSP之一中启动(launch)的光功率部分。很明显，在DGD很大并且输入SOP占据(populate)两个PSP时会出现长误差突发。如[6]所述的此问题已知解决方案是为输入偏振状态加扰，使得因子γ定期变化，由此缩短代价高的时间。

由于PSP或输入SOP之一或两者均随时间变化，因此，已接收信号强度将与时间相关，在加扰频率处调制。因此，视扰码器诱导的RF调制而定，误差突发的长度被大大减小。图3的图形示出使用加扰时已接收光信号的归一化已接收RF信号强度。明显的是根据光纤随时间变化的总DGD，均值和峰间波动都随时间变化。在图3中，白线指示均值信号，黑色区域指示已调制信号。

另外，偏振加扰在已检测信号中生成了所谓的抖动，这影响了时钟恢复性能[13]。因此，在由于增大加扰频率以缩短突发误差时间而产生的更佳性能与例如由于抖动而造成的突发误码率(BER)降低之间有一个折衷。此问题对于突发误差校正长度更小的高比特率更大。

为在光传输系统中克服与PMD降低的已知方法和装置有关的上述问题和缺点，本发明包括了发射器处的快速扰偏器、及延迟线和可根据基于已接收信号的反馈信号操作的偏振控制器和允许前向纠错(FEC)的接收器至少之一的发明性组合。这由图4的实施例示出。

快速偏振加扰不同于慢速偏振加扰，表现为在慢速加扰而不是在快速加扰的情况下，在接收器的偏振控制器可遵循加扰。此问题通过本发明得以克服。

在如图4所示的最基本的实施例中，光传输系统包括经光纤链路F连接到接收器Rx的至少一个发射器Tx，其中，接收器Rx适用于利用前向纠错(FEC)。为降低系统中的PMD，快速扰偏器10在发射器Tx的输出端提供。系统还包括在接收器Rx输入端的延迟线20、在光纤链路F和延迟线20之间串联设置的偏振控制器40。偏振控制器40和可选的延迟线路20基于反馈信号操作，而反馈信号基于已接收信号确定。

根据本发明实施例，系统还包括用于提供反馈信号的反馈单元30。反馈单元30设置为基于至少部分已接收信号提供反馈信号。这种情况下，并且在余下的说明中，术语“已接收信号”定义为在接收器输入端接收的信号。此信号是快速加扰的、偏振受控的和延迟的发射信号的表示。

根据又一实施例，反馈单元30将控制信号提供到偏振控制器40，并可选提供到延迟线20。反馈单元30可选择地作为两个单独单元提供，即用于取得部分已接收信号并将它提供为反馈信号的检测单元31和用于使用反馈信号提供控制信号到偏振控制40，并可选择提供到延迟线20的控制单元32。

为进一步强调系统各种单元与发射器Tx或接收器Rx相关联，图4中包括了虚线框。

根据本发明实施例的解决方案因此要添加延迟线20到快速加扰传输，并使用时变幅度和反馈信号的均值分量调节延迟线20与光纤链路F之间的耦合，以优化已接收信号。

在单信道传输中对SOP快速加扰时，延迟线和链路PMD以此类方式的发明性组合可最大化已接收信号，组合将作为一个独特的解决方案，由于输入SOP得到快速加扰而产生极低的总DGD。因此，PMD降低将通过第一阶DGD补偿实现，并且FEC将考虑第二阶或其它的更高阶PMD效应。在多信道传输中，延迟线的添加将调节为最大化RF功率和最小化总RF功率的峰间波动。

为进一步示出本发明的含意，图5的图形示出缩放的图3，以更清晰地示出由相当平滑的水平线表示的均值和由极不规则、长而尖的线示出的功率波动。具体而言，图5示出如图3所示的已接收归零(RZ)10-GB/s信号功率。B是高频率峰间RF功率波动。A是已接收RF功率。

为便于说明，如图5所示，A(t)指定为RF功率的均值，B(t)指定为RF功率变化的峰间幅度。注意，B(t)不是周期性的，这是因为SOP和PSP在Poincaré球中以极其复杂的轨线加扰。已接收光信号RF功率P的单摆可通过下面的表达式取近似值，并且在图6中进一步示出：

$P=A-\frac{B}{2}\cos \left(2\mathrm{\π}{f}_{s}t\right)$

其中，f_s是加扰频率。

如果P₀和L是已接收功率的限制值和FEC的突发长度，则加扰频率将遵从以下不等式：

$f_s\≥\frac{1}{\mathrm{\πL}}\left|{\cos }^{-1}\left(2\frac{A-P_0}{B}\right)\right|$

上述表达式清晰地显示，根据本发明增大A或减小B将降低对快速加扰频率的限制，由此将基于降低方法[6]、[12]和[13]的FEC公差提高到高端DGD。

图7示出了根据本发明，沿光纤链路包括多个快速扰偏器的系统另一实施例。多个快速扰偏器10插在发射器Tx中和/或沿光纤链路F插入。在此实施例中，链路F包括多个光纤链路F。在接收器Rx处，偏振控制器40在光纤链路F与偏振延迟线20之间串联设置。在延迟线20后，已接收信号的部分光功率馈入反馈单元30。反馈单元30包括检测器31，检测器提供对应于例如RF功率A均值和RF调制幅度B的反馈信号。这两个量供应到利用算法的控制单元32，控制单元控制偏振控制器40，使得已接收信号的平均RF功率A被驱动到最大值，并且已接收信号的RF调制幅度B被驱动到最小值。

根据图4，图7实施例中包括了虚框以示出各种单元与发射器Tx或接收器Rx相关联。

反馈信号或其表示可选择性地基于值A与B之间的差、FEC速率或可从已接收信号驱动的某个另外的适用参数。

基于相同的原理，根据本发明，已接收信号的上述不同表示可用作反馈信号。因此，通过适当添加由延迟线表征的PMD向量到光纤链路加扰PMD向量，可降低总信号失真。总DGD向量和PSP状态将在控制下进行快速加扰，从而优化已接收反馈信号，这可以是检测到的总RF功率、此频谱的谱过滤部分、时钟信号或FEC速率。

本发明的其它实施例包括一个或多个功率控制装置，如在沿光纤链路的不同位置，即，在光纤链路与偏振控制器之间、偏振控制器与延迟线之间或在延迟线与接收器之间的可变衰减器或放大器。另外，又一偏振控制器可设置在发射器Tx以调制在例如Poincaré球中清晰轨线上发射信号的输入偏振。根据另一特定实施例，在发射器的又一偏振控制器操作可基于利用输入偏振轨线的控制算法进行优化。

偏振控制器和/或扰偏器可包括单级或多级控制器/扰码器。相应的控制器/扰码器可由例如矩形或正弦波形等各种波形驱动。

视涉及的系统而定，扰偏器或扰码器的操作频率可以相同或是独立的。每个此类频率可配置为与一个质数的平方根成正比，或者以某一另外的方式设置。此外，扰码器的加扰可在部分或整个Poincaré球上执行。

根据已知测量，偏振控制器可包括基于光纤的控制器，它由例如基于诸如钛锆酸铅(PZT)等压电材料的应力施加装置激励。

光传输系统还可适用于采用非归零(NRZ)格式化、归零(RZ)格式化或开关键控调制格式化中的任意之一。

最后，根据本发明的系统可配置为从发射光信号利用两个或更多个WDM信道。WDM信道可分成两个或更多个群，每个群具有指定到它的单独偏振控制器和延迟线。反馈信号可基于所有WDM信道的FEC纠错率。

本发明对已知PMD降低技术而言是一个改进，表现在它以发明性方式组合了两种不同的降低技术以改进PMD降低。提议的方案具有允许通过更低加扰频率最优化的优点，这是因为误差突发的持续时间不但取决于加扰频率，而且取决于已检测到信号的衰减。增大已接收信号的均值并将其已调制幅度降到最低，这将产生给定频率的更小突发，由此放宽了通过抖动公差影响系统性能的要求。

类似的模拟结果

类似的模拟已执行以进一步示出本发明相对于现有技术解决方案，特别是[11]解决方案的影响。图8的图形示出对于随时间变化的加扰10Gb/s非归零(NRZ)传输，在实现本发明和未实现本发明情况下随时间变化的已接收RF功率。很明显，已接收信号通过本发明得到了极大的改进。

为进一步阐明本发明的改进，为只具有FEC和偏振加扰[11}和具有包括DGD控制的本发明的此类传输模拟了随均值DGD变化的相对所需光学信噪比(OSNR)。图9绘出了结果，明显示出了由于本发明的原因，平均DGD公差的极大改进。在图9中，[11]的结果表示为白色星，[11]的其它模拟值由黑色正方形表示，并且本发明的模拟结果由黑色三角形表示。

实现改进的PMD降低的方法实施例将参照图4中光传输系统的实施例进行描述。

根据本发明实现改进的PMD降低的方法包括在发射器为发射信号的偏振状态快速加扰，随后延迟加扰发射信号的偏振状态，由此控制加扰发射信号的偏振状态。方法还包括提供基于至少部分已接收信号的反馈信号，并且基于整个或部分反馈信号来控制加扰发射信号的偏振状态，以减小信号的偏振模色散。此外，可选的是延迟可基于部分反馈信号执行。

本发明的优点包括：

改进的偏振模色散降低

减小的前向纠错加扰频率，放宽了在扰偏器带宽上的要求

到更高偏振模色散值的前向纠错算法的增大的公差。

本领域的技术人员将理解，在不脱离随附权利要求书定义的本发明范围情况下，可对本发明进行各种修改和更改。

参考文献

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Claims (21)

1.一种光传输系统，包括：

发射器(Tx)，适用于经至少一条光纤链路(F)发射光信号到接收器(Rx)，所述接收器(Rx)适用于在已接收光信号上利用前向纠错(FEC)；

设置在所述发射器(Tx)处的至少一个快速扰偏器(10)，以便为发射信号的偏振状态加扰；

设置在所述接收器(Rx)处的至少一个偏振延迟线(20)，用于控制加扰的发射信号的偏振模色散致失真；

设置在所述接收器(Rx)处的反馈部件(30)，用于基于至少部分所述已接收信号而提供反馈信号；

连接所述光纤链路(F)和所述偏振延迟线(20)的至少一个偏振控制器(40)，所述控制器(40)适用于基于所述反馈信号操作以便允许所述信号偏振模色散的减小。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述反馈部件(30)还包括适用于基于至少部分所述已接收信号提供所述反馈信号的检测部件(31)和适用于基于所述反馈信号提供控制信号到所述偏振控制器的控制部件(32)。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述控制部件(32)还适用于基于所述反馈信号提供控制信号到所述延迟线(20)。

4.如权利要求1所述的系统，包括设置在所述发射器(Tx)和所述接收器(Rx)之间的多个扰偏器(10)。

5.如权利要求3所述的系统，其中所述延迟线(20)适用于基于所述反馈信号操作。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述反馈信号包括已接收信号的RF功率A的表示。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述反馈信号包括已接收信号的RF调制幅度B的表示。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述反馈信号包括已接收信号的所述RF功率A和所述RF调制幅度B两者的表示。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述反馈信号包括所述已接收信号的所述RF功率A与所述RF调制幅度B之间的差别的表示。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述反馈信号包括在所述接收器处的FEC校正率的表示。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述系统适用于利用至少两个WDM信道。

12.一种在光传输系统中降低偏振模色散的方法，所述系统包括可经光纤链路连接到接收器的发射器，所述接收器适用于在已接收信号上利用前向纠错，所述方法包括：

在所述发射器处对发射信号的偏振状态进行快速加扰；

在所述接收器处延迟加扰的发射信号的偏振状态；

基于至少部分所述已接收信号提供反馈信号；以及

基于所述反馈信号控制所述加扰发射信号的所述偏振状态，以便降低所述信号的所述偏振模色散。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述延迟步骤是基于所述反馈信号。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述反馈提供步骤还包括基于至少部分所述已接收信号而提供所述反馈信号，以及基于所述反馈信号而提供控制信号到所述偏振控制器。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述延迟步骤是基于所述反馈信号。

16.如权利要求12所述的方法，其中所述反馈信号包括已接收信号的RF功率A的表示。

17.如权利要求12所述的方法，其中所述反馈信号包括已接收信号RF调制幅度B的表示。

18.如权利要求12所述的方法，其中所述反馈信号包括已接收信号的所述RF功率A和所述RF调制幅度B两者的表示。

19.如权利要求12所述的方法，其中所述反馈信号包括在所述已接收信号的所述RF功率A与所述RF调制幅度B之间的差别的表示。

20.如权利要求12所述的方法，其中所述反馈信号包括在所述接收器处的FEC校正率的表示。

21.如权利要求12所述的方法，其中所述方法适用于利用至少两个WDM信道。

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